等離子電視電源的電磁兼容設(shè)計

1.等離子電源的EMI分析

電源部分是整機(jī)的能源提供者，所以電源品質(zhì)的好壞決定了系統(tǒng)工作的狀態(tài)。我們先進(jìn)行需求分析：等離子電視功耗大于75W，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求必須加PFC電路，提高有功功率。由于有待機(jī)功耗要求，因此采用反激加諧振的方式，這樣既滿足了驅(qū)動要求，又滿足待機(jī)功耗要求。

因此電源部分共包含4個大的模塊，電源輸入端濾波整流電路、PFC電路、諧振電路、反激電路。

(1)濾波整流電路。既抑制電源本身的干擾通過電源線進(jìn)入供電網(wǎng)絡(luò)，又防止供電網(wǎng)絡(luò)的干擾進(jìn)入電源。

(2)PFC電路。PFC電路工作過程中，MOSFET管在工作時由柵極驅(qū)動脈沖控制通斷狀態(tài)，引起干擾。PFC電路中的二極管在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)間切換，反向恢復(fù)電流也會引起干擾。

(3)反激電路和諧振電路。反激電路和諧振電路中的MOSFET在切換通斷狀態(tài)時兩端電壓產(chǎn)生突變，變壓器初級線圈中電流產(chǎn)生反電動勢，次級電路中二極管在通斷過程中存在反向恢復(fù)電流，這些都引起干擾。

2.電源的EMC設(shè)計

2.1 EMI濾波電路

為了抑制整機(jī)電路和電源自身所產(chǎn)生的干擾不向外傳播，也為了外部電網(wǎng)的干擾不進(jìn)入電源和整機(jī)，在電源入口處設(shè)計了EMI濾波電路。

開關(guān)電源的干擾分為差模干擾和共模干擾，共模干擾是火線或零線與地線之間產(chǎn)生的干擾，差模干擾是火線與零線之間產(chǎn)生的干擾。

2.1.1 差模濾波

開關(guān)電源的差模傳導(dǎo)騷擾，主要是由電路中開關(guān)電源在開關(guān)動作時在電源輸入線上產(chǎn)生一個周期性的電流信號。由于電解電容作為儲能電容，存在ESR和ESL，當(dāng)周期電流信號經(jīng)過儲能電容時，電容兩端就會產(chǎn)生電壓降，這個電壓降導(dǎo)致電源端口產(chǎn)生電流回路，形成差模傳導(dǎo)騷擾，并通過LISN把干擾傳導(dǎo)到接收機(jī)。

變壓器初級線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路，使高頻電流反饋到交流電源中形成干擾;同時，變壓器初次級間的分布電容會使初級回路中產(chǎn)生的干擾向次級傳遞，加大干擾傳遞環(huán)路，使更多電流流入LISN，加劇干擾。

當(dāng)電路中添加了差模濾波后，差模電流減小回流路徑，減少對接收機(jī)和電網(wǎng)的干擾。

2.1.2 共模濾波

開關(guān)電源的共模傳導(dǎo)騷擾，主要是由開關(guān)電路中的電壓瞬變造成的，開關(guān)管的負(fù)載為高頻變壓器初級線圈，為感性負(fù)載，在開關(guān)管開關(guān)瞬間，在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓，而由于初級線圈和次級線圈之間的分布電容、電源線對地線的阻抗、次級線圈電源和地之間電容的存在，構(gòu)成了電源和地之間的電流回路，形成共模干擾。

當(dāng)電路中添加了共模濾波后，共模電流回流路徑減小，減少對接收機(jī)和電網(wǎng)的干擾。

2.1.3 濾波電路設(shè)計

我們設(shè)計EMI濾波器如圖1所示，電路包括兩級濾波結(jié)構(gòu)，共模電感L103、共模電容CY102、CY102和差模電容C101組成第一級，共模電感L104、共模電容CY103、CY104和差模電容CX102組成第二級。R104、R105、R106為泄放電阻，保證電源斷電后迅速放電到安全電壓以下。

由于變壓器初次級分布電容的存在，引起共模干擾，因此可以通過減小初次級分布電容改善共模干擾，可以在變壓器初次級間增設(shè)屏蔽層。同時將變壓器屏蔽層接至初級的中線端，還可以抑制差模干擾。

圖1 EMI濾波電路

2.2 PFC電路

電路中由于MOSFET的開關(guān)狀態(tài)引起干擾，因此我們針對MOSFET加抑制措施，可以通過以下方法改善PFC電路的干擾：

調(diào)整驅(qū)動電阻R422、R423，改變開關(guān)速率;

MOSFET漏源極加吸收電容C410;

電阻D410兩端加磁珠BD1、BD2吸收干擾。

圖2 PFC電路

2.3 反激電路

在電路中，初級部分由于MOSFET通斷引起的干擾，我們通過電阻R210、電容C207、二極管FR107組成的吸收電路進(jìn)行抑制，二級管采用快恢復(fù)二極管。也可以通過調(diào)節(jié)MOESFET柵極輸入的PWM脈沖改變MOSFET開關(guān)頻率來進(jìn)行改善。

次級部分二極管的反向恢復(fù)電流引起的干擾，我們通過在二極管兩端并聯(lián)電容C301來吸收。如圖3a所示。

2.4 諧振電路

電路中通過調(diào)整MOSFET驅(qū)動電阻R515、R516和R518、R519來設(shè)置不同的開通和關(guān)斷時間，減小MOSFET的開關(guān)帶來的干擾，如圖3b所示。

圖3 反激電路和諧振電路

2.5 PCB設(shè)計

開關(guān)電源EMI設(shè)計中，PCB布板是非常關(guān)鍵的一環(huán)。優(yōu)秀的PCB布板，即使有干擾源，也能最大程度地阻斷傳播途徑，將干擾水平降到最低;不良的PCB布板，即使干擾源不大，也會通過走線將其放大并傳播出去，甚至產(chǎn)生較大的干擾。PCB布板主要注意以下幾點(diǎn)：

(1)大電流信號走線要順、短、粗;

(2)大電流信號和小信號要分離走線，避免功率信號干擾小信號;

(3)不同系統(tǒng)之間的共地信號連接點(diǎn)盡量唯一確定;

(4)存在電流環(huán)路的地方，比如反激電路漏極的吸收環(huán)路，應(yīng)該盡量使環(huán)路面積最小。

3.小結(jié)

通過對等離子電視電源的干擾分析，針對電路模塊設(shè)計出一套濾波電路，該套電路應(yīng)用后，傳導(dǎo)和輻射都得到較好的抑制，配合整機(jī)的設(shè)計和整改，測試結(jié)果合格，滿足了項(xiàng)目要求。